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© 2002 EWM HIGHTEC WELDING GmbHDr. Günter-Henle-Str. 8, D-56271 Mündersbach/Ww., Germanywww.ewm.de

1 08.02Art. Nr.: WM022400.doc

Inhalt

1 Vorwort ..........................................................................................................................................................2

2 Das Verfahren ...............................................................................................................................................22.1 Allgemeines ........................................................................................................................................22.2 Stromart ..............................................................................................................................................22.3 Elektrodentypen ..................................................................................................................................32.4 Eigenschaften der Umhüllungstypen ..................................................................................................4

3 Welche Elektrode für welchen Zweck ...........................................................................................................63.1 Auswahl nach schweißtechnischen Gesichtspunkten ........................................................................63.2 Auswahl nach werkstofflichen Gesichtspunkten.................................................................................7

4 Fugenvorbereitung ........................................................................................................................................94.1 Fugenformen.......................................................................................................................................94.2 Anbringen der Fugenflanken ..............................................................................................................9

5 Elektrodenhalter und Schweißleitungen .....................................................................................................10

6 Schweißstromquellen..................................................................................................................................106.1 Stromquellenbauarten.......................................................................................................................116.2 Sonderfunktionen bei Invertern zum E-Hand-Schweißen ................................................................12

7 Durchführen des Schweißens .....................................................................................................................137.1 Zünden des Lichtbogens...................................................................................................................137.2 Führen der Elektrode ........................................................................................................................147.3 Magnetische Blaswirkung .................................................................................................................147.4 Schweißparameter............................................................................................................................15

8 Arbeitssicherheit..........................................................................................................................................15

9 Besonderheiten beim Einsatz des Verfahrens an verschiedenen Werkstoffen..........................................169.1 Un- und niedriglegierte Stähle ..........................................................................................................179.2 Hochlegierte Stähle und Nickelbasislegierungen .............................................................................179.3 Auftragsschweißen ...........................................................................................................................18

10 Anwendung des E-Hand-Schweißens ........................................................................................................1810.1 Anwendungsbeispiele .......................................................................................................................18

11 Schrifttum ....................................................................................................................................................20

12 Impressum ..................................................................................................................................................20



2 08.02Art. Nr.: WM022400.doc

1 VorwortDas Elektroden-Hand-Schweißen kurz,E-Hand-Schweißen genannt, ist eines derältesten Schweißverfahren das heutenoch angewandt wird. Es geht auf dieVersuche von Slawjanow zurück, der1891 als erster, anstelle der bis dahinzum Lichtbogenschweißen üblichenKohleelektroden, einen Metallstab ver-wendete, der gleichzeitig Lichtbogenträ-ger und Schweißzusatz war. Die erstenStabelektroden waren nicht umhüllt unddaher schwierig zu verschweißen. Späterwurden die Elektroden mit Stoffen um-hüllt, die das Schweißen erleichtern, dasSchweißgut schützten und den Prozessmetallurgisch beeinflussen. Das erstePatent über eine umhüllte Stabelektrodestammte aus dem Jahre 1908. Elektro-den können durch Tauchen oder durchPressen auf Extruderpressen umhülltwerden. Heute werden nur noch Elektro-den mit Preßmantelumhüllungen verwen-det.Das E-Hand-Schweißen zeichnet sichdurch einen relativ geringen Investitions-bedarf und eine universelle Anwendungaus. Das Verfahren kann für eine großePalette von Werkstoffen eingesetzt wer-den und gewährleistet Schweißnähte vonhoher Qualität. In neuerer Zeit wurde esaber vielfach aus Wirtschaftlichkeitsgrün-den durch andere Schweißverfahren ab-gelöst, die sich mechanisiert anwendenlassen.Diese Fibel klärt über die Besonderheitendes Verfahrens auf und will Hinweise fürdie richtige Anwendung geben.

2 Das Verfahren2.1 Allgemeines

Das E-Hand-Schweißen (Prozessnum-mer 111) zählt zu den Schmelzschweiß-verfahren und noch näher zugeordnet zuden Metall-Lichtbogenschweißverfahren.ISO 857-1 (Ausgabe 1998) erklärt dieSchweißprozesse dieser Gruppe ausdem Englischen übersetzt wie folgt:Metall-Lichtbogenschweißen: Lichtbo-genschweißprozess unter Benutzung ei-ner verbrauchenden Elektrode.

Metall-Lichtbogenschweißen ohne Gas-schutz: Metall-Lichtbogenschweißprozessohne extern zugegebenes Schutzgas undManuelles Metall-Lichtbogenschweißen:Von Hand ausgeführtes Metall-Lichtbogenschweißen unter Benutzungeiner umhüllten Elektrode.In Deutschland nennen wir das zuletztgenannte Verfahren Lichtbogenhand-schweißen oder kurz E-Hand-Schweißen.Es ist dadurch gekennzeichnet, daß derLichtbogen zwischen einer abschmelzen-den Elektrode und dem Schmelzbadbrennt (Bild 1).Es gibt keinen externen Schutz, jeglicheSchutzwirkung vor der Atmosphäre gehtvon der Elektrode aus. Die Elektrode istdabei Lichtbogenträger und Schweißzu-satz. Die Umhüllung bildet Schlackeund/oder Schutzgas welche u.a. denübergehenden Tropfen und dasSchmelzbad vor dem Zutritt der atmo-sphärischen Gase Sauerstoff, Stickstoffund Wasserstoff schützen.

2.2 StromartZum Lichtbogenhandschweißen (E-Hand-Schweißen) kann im Prinzip sowohlGleichstrom, als auch Wechselstrom ein-gesetzt werden, jedoch lassen sich nichtalle Umhüllungstypen der Stabelektrodenan sinusförmigem Wechselstrom ver-schweißen, z.B. nicht die reinbasischenElektroden. Beim Schweißen an Gleich-strom wird bei den meisten Elektrodenty-pen der Minuspol an die Elektrode und

1 Werkstück 5 umhüllte Elektrode2 Schweißnaht 6 Elektrodenhalter3 Schlacke 7 Schweißstromquelle4 Lichtbogen

Bild 1 Schema des manuellen Metall-Lichtbogenschweißens nach ISO857-1


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der Pluspol ans Werkstück angeschlos-sen. Eine Ausnahme machen auch hierdie basischen Elektroden. Sie lassen sichbesser am Pluspol verschweißen. DasGleiche gilt für bestimmte Fabrikate vonZelluloseelektroden. Näheres dazu kannim Abschnitt 2.3 Elektrodentypen nach-gelesen werden.Die Elektrode ist das Werkzeug desSchweißers. Er führt den an ihr brennen-den Lichtbogen in der Schweißfuge undschmilzt dabei die Fugenkanten auf Bild2.Je nach Fugenart und Grundwerkstoff-dicke sind dafür unterschiedliche Strom-stärken erforderlich. Da die Strombelast-barkeit der Elektroden, abhängig von ih-rem Durchmesser und ihrer Länge be-grenzt ist, sind die Stabelektroden in ver-schiedenen Durchmessern und Längenlieferbar. Tabelle 1 zeigt die in DIN EN759 genormten Abmessungen.Mit zunehmendem Kernstabdurchmesserkönnen höhere Schweißströme ange-wendet werden.

2.3 ElektrodentypenEs gibt Stabelektroden mit sehr unter-schiedlich zusammengesetzten Umhül-lungen. Der Aufbau der Umhüllung be-stimmt den Abschmelzcharakter der

Elektrode, ihre Schweißeigenschaftenund die Gütewerte des Schweißgutes.Nach DIN EN 499 gibt es bei Stabelek-troden zum Schweißen von unlegiertenStählen die in Tabelle 2 aufgeführtenUmhüllungstypen.Dabei muß unterschieden werden zwi-schen Grundtypen und Mischtypen. Dieverwendeten Buchstaben für die Be-zeichnung stammen von den englischenBegriffen her. Hier bedeutet C=cellulose(Zellulose), A=acid (sauer), R=rutile (Ru-til) und B=basic (basisch). In Deutschlandspielt der Rutiltyp eine dominierendeRolle. Stabelektroden können dünnum-hüllt sein, mitteldickumhüllt oder dickum-hüllt. Bei den Rutilelektroden, die in allendrei Umhüllungsdicken üblich sind, wer-den deshalb die dickumhüllten Elektrodenzur besseren Unterscheidung mit RR be-zeichnet.Bei legierten und hochlegierten Stabe-lektroden kommt diese Vielfalt von Um-hüllungstypen nicht vor. Bei den Stabe-lektroden zum Schweißen nichtrostenderStähle, die in DIN EN 1600 genormt sind,

1 Schweißfuge 4 flüssige Schlacke2 Stabelektrode 5 erstarrte Schlacke3 flüssiges Schweißgut

Bild 2 Stellung der Elektrode in derSchweißfuge

Tabelle 1 Durchmesser und Längen von Sta-belektroden nach DIN EN 759 Elek-troden

Dur

chm

esse

rin

mm

Nen

n-m

aß

zulä

ssig

eAb

wei

chun

g

Läng

e in

mm

Nen

nmaß

zulä

ssig

eAb

wei

chun

g

1,62,02,5

� 0,06200bis350

� 3

3,24,05,06,0

� 0,10350bis450

� 3

Typ UmhüllungA sauerC zelluloseR rutilRR dick rutilRC rutilzelluloseRA rutilsauerRB rutilbasischB basisch

Tabelle 2 Umhüllungstypen nach DIN EN 499



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unterscheidet man z.B. nur zwischen Ru-tilelektroden und basischen Typen, eben-so bei Stabelektroden zum Schweißenwarmfester Stähle (DIN EN 1599), jedochgibt es auch hier bei den Rutilelektrodenrutil-basische Mischtypen, ohne das diesbesonders ausgewiesen wird. Dies ist z.B. der Fall bei Elektroden, die bessereSchweißeigenschaften in Zwangslagenhaben. Stabelektroden zum Schweißenhochfester Stähle (DIN EN 757) gibt esnur mit basischer Umhüllung.

2.4 Eigenschaften der UmhüllungstypenDie Zusammensetzung und die Dicke derUmhüllung beeinflußt in besonderemMaße die Schweißeigenschaften. Diesbezieht sich sowohl auf die Stabilität desLichtbogens, als auch auf den Werk-stoffübergang beim Schweißen und dieViskosität von Schlacke und Schmelzbad.Besonders die Größe der im Lichtbogenübergehenden Tropfen ist dabei von Be-deutung. Bild 3 zeigt schematisch denTropfenübergang der vier Grundtypenvon Umhüllungen [1].Der Zellulosetyp (Bild 3, c) hat einenmittel- bis grobtropfigen Werkstoffüber-gang. Die Umhüllung besteht überwie-gend aus organischen Bestandteilen, dieim Lichtbogen verbrennen und dabeiSchutzgas zum Schutz der Schweißstellebilden. Da die Umhüllung außer Zellulose

und anderen organischen Stoffen nur ge-ringe Mengen von lichtbogenstabilisie-renden Stoffen enthält, entsteht kaumSchlacke. Zellulosetypen sind besondersgut für Fallnahtschweißungen (Bild 4,Pos. PG) geeignet, weil kein Schlacken-vorlauf zu befürchten ist.Der saure Typ (A), dessen Umhüllungzum größten Teil aus Eisen- und Man-ganerzen besteht, bietet der Lichtbogen-atmosphäre größere Mengen Sauerstoffan. Dieser wird auch vom Schweißgutaufgenommen und verringert dadurchdessen Oberflächenspannung. Die Folgesind ein sehr feiner, sprühregenartigerWerkstoffübergang und ein dünnflüssigesSchweißgut. Elektroden diesen Typs sinddeshalb nicht für das Schweißen inZwangslagen geeignet. Der Lichtbogenist auch sehr „heißgehend“, gestattetzwar hohe Schweißgeschwindigkeiten,neigt aber zur Bildung von Einbrandker-ben. Die beschriebenen Nachteile habendazu geführt, daß Stabelektroden desreinen sauren Typs in Deutschland kaumnoch angewendet werden. An ihre Stelleist der rutilsaure Typ (RA) getreten, einMischtyp zwischen der sauren und derRutilelektrode. Die Elektrode hat auchdementsprechende Schweißeigenschaf-ten.Die Umhüllung des Rutiltyps (R/RR) be-steht zum größten Teil aus Titandioxid inForm der Mineralien Rutil (TiO2) oder Il-menit (TiO2

. FeO) oder auch von künstli-chem Titandioxid. Die Elektroden dieses

a) Zellulose Typ c) Saurer Typb) Rutil Typ d) Basischer Typ

Bild 3 Werkstoffübergang bei ver-schiedenen Umhül-lungstypen [1]

Bild 4 Schweißpositionen nach ISO 6947



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Typs zeichnen sich aus durch einen fein-bis mitteltropfigen Werkstoffübergang, einruhiges, spritzerarmes Abschmelzen, ei-ne sehr feine Nahtzeichnung, eine guteSchlackenentfernbarkeit und ein gutesWiederzündverhalten. Letzteres ist indieser Form nur bei Rutilelektroden mithohem Anteil von TiO2 in der Umhüllungzu beobachten. Es bedeutet, daß bei ei-ner bereits einmal angeschmolzenenElektrode ein Wiederzünden ohne Ent-fernen des Hüllenkraters möglich ist (Bild5) [2].Der im Krater gebildete Schlackenfilm hatbei ausreichend hohem TiO2-Gehalt fasteine Leitfähigkeit wie ein Halbleiter, so-daß beim Aufsetzen des Kraterrandes aufdas Werkstück soviel Strom fließt, daßder Lichtbogen zünden kann, ohne dasder Kernstab das Werkstück berührt. Einsolches spontanes Wiederzünden ist im-mer dann wichtig, wenn der Schweißvor-gang, z.B. bei kurzen Nähten, häufig un-terbrochen wird.Neben dem reinen Rutiltyp gibt es beidieser Gruppe von Elektroden noch eini-ge Mischtypen. Da ist der Rutil-Zellulose-Typ (RC) zu nennen, bei dem ein Teil desRutils durch Zellulose ersetzt wurde. DaZellulose beim Schweißen verbrennt, bil-det sich weniger Schlacke. Dieser Typkann deshalb auch in Fallnaht (Pos. PG)verschweißt werden. Er besitzt aber auchgute Schweißeigenschaften in den mei-sten anderen Positionen. Ein weiterer

Mischtyp ist der rutilbasiche Typ (RB). Erist etwas dünner umhüllt, als der RR-Typ.Dies und die besondere Schlackencha-rakteristik macht ihn besonders geeignetzum Schweißen in senkrecht- steigenderPosition (PF).Bliebe noch der basische Typ (B). Hierbeibesteht die Umhüllung zum größten Teilaus den basischen Oxiden des Calziums(CaO) und des Magnesiums (MgO), de-nen als Schlackenverdünner Flußspat(CaF2) zugegeben wird. Der Flußspatverschlechtert in höheren Gehalten dieWechselstromschweißbarkeit. Reinbasi-sche Elektroden sind deshalb an sinus-förmigem Wechselstrom nicht zu ver-schweißen, jedoch gibt es auch Mischty-pen mit weniger Flußspat in der Umhül-lung, die an dieser Stromart verwendbarsind. Der Werkstoffübergang der basi-schen Elektroden ist mittel- bis grobtrop-fig und das Schmelzbad zähfließend. DieElektrode ist in allen Positionen gut ver-schweißbar. Die entstehenden Raupensind aber wegen der größeren Viskositätdes Schweißgutes etwas überwölbt undgrober gefiedert. Das Schweißgut hatsehr gute Zähigkeitseigenschaften. Basi-sche Umhüllungen sind hygroskopisch.Auf besonders sorgfältige, trockene La-gerung der Elektroden ist deshalb zuachten. Feucht gewordene Elektrodenmüssen rückgetrocknet werden. DasSchweißgut besitzt aber, wenn die Elek-troden trocken verschweißt werden einensehr niedrigen Wasserstoffgehalt.Neben Stabelektroden mit normalemAusbringen (�105%) gibt es auch solche,die durch Eisenpulver, das über die Um-hüllung zugegeben wird, ein höheresAusbringen haben, meist >160%. SolcheElektroden werden Eisenpulvertypenoder auch Hochleistungselektroden ge-nannt. Durch ihre große Abschmelzlei-stung sind sie für viele Anwendungenwirtschaftlicher einzusetzen als Norma-lelektroden, jedoch ist ihre Anwendung inder Regel auf die waagerechte (PA) unddie horizontale Position (PB) beschränkt.

a) Kernstab c) Schlackenfilm im Hüllenkraterb) Umhüllung d) Werkstück

Bild 5 Wiederzünden über den Hüllen-krater



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3 Welche Elektrode für welchenZweckBei der Auswahl von Stabelektrodenmüssen werkstoffliche und schweißtech-nische Gesichtspunkte beachtet werden.

3.1 Auswahl nach schweißtechnischenGesichtspunktenJeder Elektrodentyp hat ganz spezifischeSchweißeigenschaften und wird deshalbauch für ganz bestimmte Schweißaufga-ben eingesetzt.Die Zelluloseelektrode (C) verwendetman wegen ihrer guten Eignung zumFallnahtschweißen (Pos. PG) zumSchweißen der Rundnähte an Rohrengrößerer Durchmesser. Bevorzugtes An-wendungsgebiet ist hierbei das Verlegenvon Pipelines, Bild 6.Im Vergleich mit dem Schweißen in senk-recht steigender Position (PF) kann manhier schon für die Wurzellage relativ dickeElektroden (4 mm) einsetzen. Dies bringtwirtschaftliche Vorteile.Der besondere Vorteil des rutilsaurenMischtyps (RA) ist der Schlackenabgangin engen Fugen, wo eine kompakteSchlacke eingeklemmt wird und sichschlecht ablöst. Die Schlacke des RA-Typs ist in sich porös und zerfällt unterdem Schlackenhammer in kleine Stück-chen, die sich dann leicht entfernen las-sen.

Die besonderen Eigenschaften der Ruti-lelektrode (R, RR), nämlich das guteWiederzünden, die leichte Schlacken-entfernbarkeit und das gute Nahtausse-hen bestimmen ihre Einsatzschwerpunk-te. Dies sind Heftarbeiten, sowie dasSchweißen von Kehlnähten und Deckla-gen, wo es auf eine vollständige Schlak-kenentfernung und auf ein gutes Naht-aussehen ankommt.Der Rutil-Zellulose-Typ (RC) läßt sich inallen Positionen einschließlich Fallnahtverschweißen. Er ist deshalb universelleinsetzbar, besonders unter Montagebe-dingungen. Vor allem die dickumhüllteVariante, die auch hinsichtlich des Naht-aussehens höhere Anforderungen erfüllt,ist deshalb in kleineren Betrieben oft dieAll-round-Elektrode.Die rutilbasische Elektrode (RB) eignetsich, wegen ihrer etwas dünneren Um-hüllung und deren besonderer Charakte-ristik besonders gut für das Schweißenvon Wurzellagen und das Schweißen inPos. PF. Ein bevorzugtes Anwendungs-gebiet ist deshalb das Verlegen vonRohrleitungen mit kleinen und mittlerenDurchmessern.Die basische Elektrode (B) eignet sich fürdas Schweißen in allen Positionen. Spe-zialtypen sind sogar für das Fallnaht-schweißen geeignet. Allerdings fällt dasNahtaussehen etwas gegenüber anderenTypen ab. Dafür hat das Schweißgut aber„innere Werte“. Von allen Elektrodenty-pen besitzen basische Elektroden die be-sten Zähigkeitseigenschaften und die be-ste Rißsicherheit des Schweißgutes. Siewerden deshalb dort eingesetzt, woschwierige Verhältnisse hinsichtlich derSchweißeignung der Grundwerkstoffevorliegen, z.B. bei Stählen mit einge-schränkter Schweißeignung oder beigroßen Wanddicken. Ferner wenn einegroße Zähigkeit in der Verbindung gefragtist, z.B. bei Bauwerken, die im späterenBetrieb tiefen Temperaturen ausgesetztsind. Der niedrige Wasserstoffgehaltmacht diesen Typ auch besonders ge-eignet zum Schweißen hochfester Stähle.

Bild 6 Schweißen im Rohrleitungsbau mitZelluloseelektroden



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3.2 Auswahl nach werkstofflichen Ge-sichtspunktenDie Festigkeits- und Zähigkeitseigen-schaften des Grundwerkstoffs müssen inder Regel auch im Schweißgut erreichtwerden. Um die Elektrodenauswahl indieser Hinsicht zu erleichtern sind in dervollständigen Bezeichnung einer Stabe-lektrode nach DIN EN 499 auch Hinweiseüber die Mindestwerte von Streckgrenze,Zugfestigkeit und Zähigkeit des Schweiß-gutes und zu einigen Schweißeigen-schaften enthalten. Tabelle 3 macht diesan einem Beispiel deutlich.Die Kurzbezeichnung E 46 3 B 42 H5 be-deutet:Die Stabelektrode zum E-Hand-Schweißen (E) hat eine Streckgrenze vonmind. 460 N/mm2, eine Zugfestigkeit zwi-schen 530-680 N/mm2 und eine Mindest-dehnung von 20% (46). Eine Kerbschlag-arbeit von 47 Joule wird bis zu einerTemperatur von -30°C erreicht (3). DieElektrode ist basisch umhüllt (B). Nunfolgen nicht obligatorisch einige Angabenzum Ausbringen und zur Stromeignungder Elektrode. Die im Beispiel genannteStabelektrode hat ein Ausbringen von105 bis 125% und ist nur an Gleichstrom(4) in allen Positionen außer Fallnaht zuverschweißen (2). Der Wasserstoffgehaltdes Schweißgutes liegt unter 5 ml / 100 g/ Schweißgut (H5). Wenn das Schweiß-gut außer Mangan noch andere Legie-rungselemente enthält, dann werden die-se vor dem Kurzzeichen für den Umhül-lungstyp mit den Kurzzeichen für diechemischen Elemente und evtl. mit Zah-len für den Prozentgehalt angegeben(z.B. 1Ni).Ein niedriger Wasserstoffgehalt ist wichtigbeim Schweißen von Stählen, die zuwasserstoffinduzierter Rissbildung nei-gen, wie beispielsweise hochfeste Stähle.Hier gibt das Kennzeichen für den Was-serstoffgehalt die notwendigen Informa-tionen.Ähnliche Bezeichnungssysteme gibt esauch für hochfeste Elektroden (DIN EN757), warmfeste Elektroden (DIN EN1599) sowie für nichtrostende Elektroden(DIN EN 1600). Bei den warmfesten und

nichtrostenden Elektroden müssen nebenden Festigkeitseigenschaften aber auchdie Warmfestigkeits- bzw. Korrosionsei-genschaften der Schweißgüter mit denender Grundwerkstoffe übereinstimmen.Hierbei gilt deshalb die Regel, daß dasSchweißgut möglichst artgleich oder et-was höherlegiert als der Grundwerkstoffsein sollte.



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Tabelle 3 Elektrodenbezeichnung nach DIN EN 499

Kennziffer für die Festigkeits- und Dehnungseigenschaften desSchweißgutes

Kenn-ziffer

Mindeststreck-grenze N/mm2

ZugfestigkeitN/mm2

Mindestbruchdeh-nung %

35 355 440 bis 570 2238 380 470 bis 600 2042 420 500 bis 640 2046 460 530 bis 680 2050 500 560 bis 720 18

Kennzeichen für die Kerbschlagarbeit des Schweißgutes

Kennzeichen Temperatur für Mindestkerb-schlagarbeit 47J °C

Z keine AnforderungenA +200 02 -203 -304 -405 -506 -60

Kennzeichen für die Umhüllungstypen

Typ UmhüllungA sauerC zelluloseR rutilRR dick rutilRC rutilzelluloseRA rutilsauerRB rutilbasischB basisch

Kennzeichen Wasserstoffgehalt in ml / 100 gSchweißgut max.

H5 5H10 10H15 15

Kennzeichen für Wasserstoffgehalt des Schweißgutes

1. alle Positionen2. alle Positionen außer Fallnaht3. Stumpfnaht in Pos. PA, Kehlnaht in

Pos. PA- und PB4. Stumpfnaht in Pos. PA, Kehlnaht in

Pos. PA5. Positionen wie 3. plus Pos. PG

Kennziffer Ausbringen % Stromart1 Wechsel- und Gleichstrom2 �105 Gleichstrom3 Wechsel- und Gleichstrom4 �105 �125 Gleichstrom5 Wechsel- und Gleichstrom6 �125 �160 Gleichstrom7 Wechsel- und Gleichstrom8 �160 Gleichstrom

E 46 3 B 42 H5



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4 Fugenvorbereitung4.1 Fugenformen

Bild 7 zeigt die wichtigsten Fugenformen,die für das E-Hand-Schweißen zur An-wendung kommen.Beim I-Stoß muß im oberen Blechdicken-bereich die Wurzel von der Rückseiteausgefugt werden. Ähnliches empfiehltsich aus Gründen der Fehlervermeidungauch immer wenn Gegenlagen zuschweißen sind und beim beidseitigenSchweißen von X- und DY-Nähten im

oberen Dickenbereich. Bei der V- undHV-Naht kann die Wurzelphase auchleicht gebrochen werden, die Steghöhebei der Y-Naht richtet sich nach der an-wendbaren Stromstärke. U- und DU-Nähte kommen aus wirtschaftlichenGründen vor allem bei größeren Wand-dicken zur Anwendung, weil wegen deskleineren Öffnungswinkels das einzubrin-gende Nahtvolumen geringer ist als beiV-, Y-, X- und DY-Nähten.Bei den Kehlnähten sollte der Spalt zwi-schen den Fügepartnern so gering wiemöglich gehalten werden, damit keineSchlacke in diesen eindringen kann. Diesgilt vor allem für T-Stöße, Überlappstößeund Kehlnähte.

4.2 Anbringen der FugenflankenDas Anschrägen der Fügekanten erfolgtbei un- und niedriglegierten Stählen inder Regel durch autogenes Brennschnei-den. Hochlegierte Stähle und die Metalle,die lichtbogenhandgeschweißt werden,können mit dem Plasmalichtbogenschmelzgeschnitten werden. Ein Entfer-nen der beim thermischen Trennen ent-stehenden Oxidhäute ist nicht unbedingterforderlich, kann aber in Sonderfällennotwendig werden.Wenn besondere Anforderungen hin-sichtlich der Einhaltung geringer Toleran-zen gestellt werden, kann auch ein me-chanisches Anarbeiten der Fugenflankenempfohlen werden. Dies gilt besondersfür Rundnähte. Die modernen Möglich-keiten des Schneidens mit dem Elektro-nenstrahl oder dem Laserstrahl kommenmehr bei der mechanisierten Fertigungvor und sind beim E-Hand-Schweißeneher die Ausnahme.

Stoßart Werkstückdicke(mm)

Skizze

I-Naht einseitig 3-8beidseitig <8

V-Naht einseitig 3-10 mitGegenlage 3-40

Y-Naht einseitig 5-40 mitGegenlage >10

X-Naht beidseitig > 10

U-Nahteinseitig > 12mit Gegenlage>12

V-Naht einseitig 3-10 mitGegenlage 3-30

Kehlnaht-T-Stoß einseitig >2

Kehlnaht-Eckstoß

einseitig >2beidseitig > 3

Kehlnaht-Überlappstoß einseitig >2

Kehlnaht-Doppelkehl-naht

beidseitig > 2

Bild 7 Fugenformen nach DIN EN 29692-ISO 9692

Bild 8 Der Schweißstromkreis [2]



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5 Elektrodenhalter und Schweißlei-tungenBild 8 zeigt den Stromverlauf imSchweißstromkreis.Die Elektrode ist über den Elektroden-halter (Bild 9) und die Schweißleitung miteinem Pol der Stromquelle verbunden.Der andere Pol wird über die Werkstück-leitung und die Werkstückklemme mitdem Werkstück verbunden.Je nach zu verwendenden Elektroden-durchmesser und anzuwendenderStromstärke gibt es Elektrodenhalter ver-schiedener Größen.Sie waren bisher in Deutschland in DIN8569, Teil 1 in 5 Größenstufen genormt.In Europa sind sie in DIN EN 60974, Teil11 zusammengefaßt.Der Querschnitt und die Länge der Lei-tungen müssen so bemessen sein, daßder Spannungsabfall durch ihren Wider-stand gewisse Werte nicht überschreitet.Nach VDE-Norm sind dies bis 200 Am-

pere 2 Volt und bis 500 Ampere 5 Volt.Bei der Ermittlung des notwendigen Lei-tungsquerschnitts sind die Längen vonSchweißleitung und Werkstückleitung zuaddieren. Übliche Leitungsquerschnittefür das E-Hand-Schweißen sind je nachanzuwendender Stromstärke 25, 35, 50und 70 mm2.

6 SchweißstromquellenDie Schweißstromquelle wandelt die ho-he Netzspannung auf die wesentlichniedrigere Schweißspannung um undliefert die zum Schweißen benötigten ho-hen Stromstärken, die das Netz nichthergibt. Sie macht es ferner möglich, denStrom zu stellen und zu regeln. ZumSchweißen kann sowohl Wechselstromals auch Gleichstrom verwendet werden.Gleichstromquellen sind universeller ein-setzbar, weil sich nicht alle Stabelektro-dentypen an sinusförmigem Wechsel-strom verschweißen lassen – siehe auchAbschnitt Stromart. Schweißstromquellenzum E-Hand-Schweißen haben eine fal-lende statische Kennlinie, und zwar beikonventionellen Stromquellen (wie z. B.bei der PICO 140, Bild 10) meist konti-nuierlich fallend und bei elektronischenStromquellen im Arbeitsbereich senkrechtfallend (Bild 11).Damit ist sichergestellt, daß bei den beimE-Hand-Schweißen unvermeidlichenLängenänderungen des Lichtbogens der

Bild 9 Beispiel eines Elektrodenhalters

Bild 10 EWM-Schweißstromquelle PICO 140

a) kontinuierlich fallende Kennlinieb) senkrecht fallende Kennlinie

(Konstantstromcharakteristik)

Bild 11 Kennlinien für das E-Hand-Schweißen



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für die Güte der Schweißverbindungwichtigste Parameter, die Stromstärke,nur unwesentlich oder gar nicht verändertwird.

6.1 StromquellenbauartenDie einfachste Art der Umwandlung vonNetzstrom in Schweißstrom stellt derSchweißtransformator dar. Er wandeltden Strom nur hinsichtlich Stromstärkeund Spannung um (Umspanner) und lie-fert sinusförmigen Wechselstrom zumSchweißen. Das Transformatorprinzipzeigt Bild 12 [2].Der Transformator wird bei Lichtnetzeneinphasig zwischen einer Phase und demAußenleiter angeschlossen oder zwi-schen zwei Phasen des Drehstromnet-zes. Das Einstellen unterschiedlicherStromstärken ist durch Streukernverstel-lung, primärseitige Windungsanzapfungoder durch Transduktor möglich.Beim Schweißgleichrichter wird derStrom nach dem Transformieren durchDioden oder Thyristoren gleichgerichtet,d.h. zum Schweißen steht Gleichstromzur Verfügung. Bei einfachen Schweiß-gleichrichtern ist der Trafo ein- oderzweiphasig angeschlossen, bei an-spruchsvolleren Geräten dagegen drei-phasig an alle Phasen des Drehstrom-netzes. Letztere liefern einen sehrgleichmäßigen Strom ohne große Wellig-keit. Die Gleichmäßigkeit des Stromeswirkt sich besonders günstig aus beimSchweißen mit basischen Elektroden undbeim Verschweißen von Metallegierun-gen, wie beispielsweise Nickelbasislegie-rungen.

Das Einstellen des Schweißgleichrichterserfolgt bei einfachen Geräten im Trafo –siehe Einstellung des Schweißtransfor-mators. Moderne Schweißgleichrichterwerden durch Thyristoren, das sind steu-erbare Gleichrichter durch Phasenan-schnittssteuerung eingestellt.Mehr und mehr setzen sich elektronischeSchweißstromquellen (Inverter) auch zumE-Hand-Schweißen in der Praxis durch,Bild 13.Bild 14 zeigt das Blockschaubild einesInverters der 3. Generation mit einerTaktfrequenz von bis zu 100 kHz.Diese Stromquellen sind ganz andersaufgebaut als konventionelle Stromquel-len. Der aus dem Netz kommende Stromwird zuerst gleichgerichtet und danndurch Ein- und Ausschalten mittels Tran-sistoren mit einer Taktfrequenz von bis zu100 kHz wieder in kurze Stücke „zer-hackt“. Dieses Zerhacken ist notwendig,damit der Strom transformiert werdenkann. Der zerhackte Strom wird dann

Bild 12 Das Transformator-Prinzip [2]

Bild 13 EWM-Schweißstromquelle STICK 350

Bild 14 Blockschaubild eines Inverters der3. Generation – Taktfrequenz bis zu100kHz



12 08.02Art. Nr.: WM022400.doc

wechselseitig in einen Transformatorentladen. Dadurch entsteht sekundärsei-tig ein rechteckförmiger Wechselstrommit entsprechender Frequenz. Dieserwird dann gleichgerichtet und durch eineDrossel geglättet. Die hohe Frequenz deszu transformierenden Stromes gestattetdie Verwendung von Transformatoren mitgeringer Masse. Dadurch ist es möglich,Schweißgeräte herzustellen, die trotz ho-her Leistung ein sehr geringes Gewichtbesitzen. Sie eignen sich deshalb beson-ders für den Einsatz auf Baustellen. Bild15 zeigt den EWM-Inverter Triton 220AC/DC, der zum E-Hand-Schweißen biszu einer Stromstärke von 180 Ampereeingesetzt werden kann und nur 17,9 kgwiegt.Bei Invertern kann die Neigung der stati-schen Kennlinie in weiten Grenzen ver-ändert werden. Sie sind deshalb auch alsMultiprozessanlagen für mehrereSchweißprozesse einsetzbar. Beim E-Hand-Schweißen ist die Kennlinie meistim Arbeitsbereich senkrecht fallend (Kon-stantstrom-Charakteristik).Bei den elektronischen Stromquellen wirdvieles, was bei konventionellen Strom-quellen mit Komponenten wie Widerstän-den, Drosseln und Kondensatoren er-reicht wird, durch die Steuerung elektro-nisch gelöst. Die Steuerung dieserStromquellen ist deshalb ebenso wichtigwie der Leistungsteil. Das Stellen desStromes geschieht z.B. bei getakteten

Quellen durch Verändern des Verhältnis-ses zwischen den Stromein-/Stromauszeiten. Auch die Veränderungder Taktfrequenz kann zum Verstellender Stromhöhe benutzt werden. Durchdie neue Technik wurde aber auch diegeregelte Stromquelle möglich, welchedie Schweißtechnik schon lange gefor-dert hatte. Ein Kontrollgerät mißtSchweißstrom und Schweißspannungund vergleicht mit den eingestelltenWerten. Ändern sich die eingestelltenSchweißparameter z.B. durch uner-wünschte Widerstände im Schweiß-stromkreis, dann regelt die Steuerungentsprechend nach. Dies erfolgt sehrschnell, im �s-Bereich. Auf ähnliche Wei-se kann auch der Kurzschlußstrom be-grenzt und der cos� verbessert werden[3]. Ein verbesserter Wirkungsgrad undgeringere Leerlaufverluste der Inverter-stromquellen ergeben sich schon aus dergeringeren Masse des Trafos.Moderne Inverter liefern heute nebenGleichstrom auch sinusförmigen undrechteckförmigen Wechselstrom. Elektro-den, wie solche mit reinbasischer Um-hüllung, die sich an sinusförmigemWechselstrom nicht verschweißen las-sen, können an rechteckförmigem Wech-selstrom mit Erfolg abgeschmolzen wer-den. Dies kann erforderlich werden, wennungünstige Blaswirkungsbedingungenvorliegen.

6.2 Sonderfunktionen bei Invertern zum E-Hand-SchweißenModerne Inverterstromquellen bietennoch eine Reihe von Sonderfunktionen,die das Schweißen erleichtern und siche-rer machen [4]. So kann die Lichtbogen-kraft (Arcforce) eingestellt werden, Bild16.Wenn beispielsweise die Lichtbogen-spannung durch einen großen Tropfen,der sich an der Elektrode bildet, zu kurzwird und unter 8 Volt abfällt, wird dieStromstärke automatisch höher gestellt,Bild 17.Der Lichtbogen kann sich dadurch wiederfreibrennen und erlischt nicht. DieseFunktion ist besonders wichtig beim

Bild 15 EWM-Inverter TRITON 220 AC/DCfür das WIG- und E-Hand-Schweißen



13 08.02Art. Nr.: WM022400.doc

Schweißen mit zelluloseumhüllten Elek-troden, aber auch bei solchen mit basi-scher Umhüllung.Die Breite des Lichtbogens und damit dieLichtbogenhärte kann durch eine einstell-bare Drossel stufenlos verändert werden.Ein härterer Lichtbogen ist z.B. vorteilhaftwenn schwierige Blaswirkungsbedingun-gen vorliegen.Für ein sicheres Zünden des Lichtbogensund eine ausreichende Erwärmung aufdem noch kalten Grundwerkstoff zu Be-ginn des Schweißens sorgt die FunktionHeißstart (Hotstart). Das Zünden erfolgthierbei mit erhöhter Stromstärke, Bild 18.Der Antistick-Funktion verhindert einAusglühen der Elektrode wenn der Zünd-vorgang nicht gelingt und die Elektrodeam Werkstück „festklebt“. Die durch Wi-derstandserwärmung verursachte Er-wärmung der Elektrode kann die Umhül-lung beschädigen bis hin zum Abplatzenderselben. Bei Stromquellen, die mit der

entsprechenden Funktion ausgestattetsind, wird der Strom, wenn nach demZündkurzschluß der Spannungsanstiegausbleibt, sofort auf wenige Ampere her-untergeregelt. Die Elektrode läßt sich da-nach sehr leicht von der Zündstelle ent-fernen.

7 Durchführen des SchweißensDer Schweißer benötigt eine gute Ausbil-dung, und zwar nicht nur in handwerkli-cher Hinsicht, sondern er muß auch überentsprechendes fachkundiges Wissenverfügen, um Fehler zu vermeiden. DieAusbildungsrichtlinien des DVS – Deut-scher Verband für Schweißen und ver-wandte Verfahren e.V. sind weltweit an-erkannt und wurden inzwischen auchvom Internationalen Schweißverband(IIW) übernommen.Vor dem Beginn des Schweißens werden

die Werkstücke in der Regel geheftet. DieHeftstellen müssen so lang und dick aus-geführt werden, daß die Werkstücke sichbeim Schweißen nicht unzulässig starkzusammenziehen können und die Heft-stellen nicht reißen.

7.1 Zünden des LichtbogensDer Schweißprozess wird beim E-Hand-Schweißen durch eine Kontaktzündungeingeleitet. Um den Stromkreis zu schlie-ßen muß zunächst zwischen Elektrodeund Werkstück ein Kurzschluß erzeugtund die Elektrode sofort danach leichtangehoben werden – der Lichtbogenzündet. Der Zündvorgang sollte nie au-ßerhalb der Fuge erfolgen, sondern

Bild 16 Steuerung (Bedienung) einer moder-nen STICK-Stromquelle

Bild 17 Prinzip der Einstellung der Lichtbo-genkraft R= Rutilelektrode; B= basi-sche Elektrode; C= Zelluloseelek-trode

a) Hotstart-Stromb) Hotstart-Zeit

Bild 18 Prinzip der Funktion “Hotstart”



14 08.02Art. Nr.: WM022400.doc

grundsätzlich an solchen Stellen, dienach dem Brennen des Lichtbogens so-fort wieder aufgeschmolzen werden. AnZündstellen, an denen dies nicht ge-schieht, können nämlich bei entspre-chend empfindlichen Werkstoffen durchdie plötzliche Erwärmung Risse entste-hen.Bei basischen Elektroden, die zu Ansatz-porosität neigen muß das Zünden sogardeutlich vor dem eigentlichen Schweiß-anfang erfolgen. Danach wird der Licht-bogen zum Anfangspunkt der Naht zu-rückgeführt und im weiteren Verlauf desSchweißens werden die ersten abge-setzten Tropfen, die meist porös sind,wieder aufgeschmolzen.

7.2 Führen der ElektrodeDie Elektrode wird zur Blechoberflächesenkrecht oder leicht schräg angestellt. InSchweißrichtung wird sie leicht inSchweißrichtung geneigt. Die sichtbareLichtbogenlänge, d.i. der Abstand zwi-schen Kraterrand und Werkstückoberflä-che soll dabei etwa dem Kernstabdurch-messer entsprechen. Basische Elektro-den müssen mit sehr kurzem Lichtbogenverschweißt werden (Abstand=0,5 xKernstabdurchmesser). Um dies zu ge-währleisten müssen sie steiler geführtwerden als Rutilelektroden.In den meisten Positionen werdenStrichraupen geschweißt oder es wird mitnach oben hin größer werdender Fugen-breite leicht gependelt. Nur in der Positi-on PF werden Pendelraupen in der gan-zen Breite der Fuge gezogen. In der Re-gel wird schleppend geschweißt, nur inder Position PF wird die Elektrode ste-chend angestellt.

7.3 Magnetische BlaswirkungUnter Blaswirkung versteht man eine Er-scheinung, bei welcher der Lichtbogendurch Ablenkung aus seiner Mittelachseverlängert wird und dabei ein zischendesGeräusch von sich gibt. Durch diese Ab-lenkung können Ungänzen entstehen. Sokann der Einbrand unzulänglich werdenund bei schlackenführenden Schweiß-prozessen können durch Schlackenvor-

lauf in der Naht Schlackeneinschlüsseentstehen.Die Ablenkung erfolgt durch Kräfte, dieaus dem umgebenden Magnetfeld her-rühren. Wie jeder stromdurchflosseneLeiter sind auch Elektrode und Lichtbo-gen von einem ringförmigen Magnetfeldumgeben – Dieses wird im Bereich desLichtbogens beim Übergang in denGrundwerkstoff umgelenkt. Dadurch wer-den die magnetischen Kraftlinien an derInnenseite verdichtet und an der Außen-seite erweitert –Bild 19 (a) [2].Der Lichtbogen weicht in das Gebietverminderter Flußliniendichte aus. Dabeiverlängert er sich und gibt wegen der nunerhöhten Lichtbogenspannung ein zi-schendes Geräusch von sich. Der Ge-genpol übt also eine abstoßende Wirkungauf den Lichtbogen aus.Eine andere magnetische Kraft rührt da-her, daß das Magnetfeld sich in einemferromagnetischen Werkstoff besser aus-breiten kann, als in Luft. Der Lichtbogenwird deshalb von großen Eisenmassenangezogen –Bild 19 (b). Dies zeigt sichz.B. auch dadurch, daß er beim Schwei-ßen auf einem magnetisierbaren Werk-stoff an den Blechenden nach Innen ab-gelenkt wird.Der Ablenkung des Lichtbogens kannman durch entsprechende Schrägstellungder Elektrode begegnen –Bild 19 (c). Dadie Blaswirkung beim Schweißen mitGleichstrom besonders groß ist, kannman sie, wo dies möglich ist, durch dasSchweißen an Wechselstrom vermeidenoder zumindest erheblich vermindern.Besonders stark kann die Blaswirkungwegen der umgebenden Eisenmassenbeim Schweißen von Wurzellagen wer-

Bild 19 Ablenkung des Lichtbogens durchumgebende Magnetfelder



15 08.02Art. Nr.: WM022400.doc

den. Hier hilft es, wenn man den Magnet-fluß durch eng beieinander liegende,nicht zu kurze Heftstellen, unterstützt.

7.4 SchweißparameterBeim E-Hand-Schweißen wird nur dieStromstärke eingestellt, die Lichtbogen-spannung ergibt sich aus der Lichtbo-genlänge, die der Schweißer einhält. Beider Einstellung der Stromstärke muß dieStrombelastbarkeit des verwendetenElektrodendurchmessers berücksichtigtwerden. Tabelle 4 gibt Anhaltswerte fürdie Strombelastbarkeit der verschiedenenElektrodendurchmesser.Dabei gilt die Regel, daß die unterenGrenzwerte für das Schweißen von Wur-zellagen und für die Position PF gelten,die oberen dagegen für die übrigen Posi-tionen und für Füll- und Decklagen. Mitzunehmender Stromstärke steigt die Ab-schmelzleistung und die damit in Zu-sammenhang stehende Schweißge-schwindigkeit. Auch der Einbrand nimmtmit steigendem Strom zu. Die angegebe-nen Stromstärken gelten nur für un- undniedriglegierte Stähle. Bei hochlegiertenStählen und Nickelbasiswerkstoffen müs-sen wegen des größeren elektrischenWiderstandes des Kernstabes niedrigereWerte eingestellt werden.Einstellwerte für verschiedene Schweiß-aufgaben enthalten die Tabelle 5, Tabelle6 und Tabelle 7, [2], [5].

8 ArbeitssicherheitBeim E-Hand-Schweißen bestehen fürden Schweißer Gefahren durch Raucheund Gase, die aus der Umhüllung derStabelektroden und durch Metallver-dampfung entstehen, ferner durch sicht-

bare Strahlung sowie ultraviolette und In-frarotstrahlung aus dem Lichtbogen unddurch elektrische Gefährdung.Nach den derzeit geltenden Unfallverhü-tungsvorschriften ist beim E-Hand-Schweißen an Dauerarbeitsplätzen eineAbsaugung direkt im Entstehungsbereichvorgeschrieben. Nur bei kurzzeitigem undnicht ortsgebundenem Schweißen istunter gewissen Umständen eine freieLüftung oder eine technische Raumlüf-tung zulässig.Durch die Strahlung des Lichtbogens tritteine Blendung des Auges auf und eskann zum „Verblitzen“ der Augen d.h. zueiner Augenentzündung kommen. DieStrahlung kann aber auch auf der Hautzu Verbrennungen und zu sonnenbran-dähnlichen Erscheinungen führen. DerSchweißer muß sich dagegen durchzweckmäßige Arbeitskleidung und durchein Schweißerschutzschild mit entspre-chenden Schutzfiltern nach EN 166 undEN 169 schützen. Als Schutzfilter sindsolche der Schutzstufen 9 – für dünne

Durch-messer(d in mm)

Länge(l in mm)

Stromstärke(I in A)

Faustregelfür Strom-stärke in A

2,0 250/300 40... 802,5 350 50...100 20...40 x d

3,2 350/400 90...1504,0 350/400 120...2005,0 450 180...270

30...50 x d

6,0 450 220...360 35...60 x d

Tabelle 4 Stromstärken in Abhängigkeit vomElektrodendurchmesser

Blec

hdic

ke (m

m)

Schw

eißp

ositi

on

Nah

tart

Elek

trode

ntyp

Elek

trode

ndur

ch-

mes

ser (

mm

)

Stro

mst

ärke

(Am

-pe

re)

Bem

erku

ng

4 2,5 75 -3,2 140 Wurzel6 RA4,0 180 Decklage3,2 120 Wurzel

PA

B 4,0 170 Decklage3,2 95 Wurzel10

PF RB 4,0 160 Decklage3,2 130 Wurzel

PA B 4,0 170 Füll- undDecklagen

3,2 90 Wurzel15

PF B 4,0 140 Decklage4,0 160 Wurzel

PA B 5,0 220 Füll- undDecklagen

3,2 90 Wurzel20

PF

V

B 4,0 140 Füll- undDecklagen

Tabelle 5 Einstellwerte für Stumpfnähte an un-und niedriglegierten Blechwerkstof-fen Werte aus [2] und [5]



16 08.02Art. Nr.: WM022400.doc

Elektroden und niedrige Stromstärken bis14 – für dicke Elektroden und hoheStromstärken einzusetzen. Ein Klarglasvor den Schutzfiltern oder eine Klarglas-brille schützt vor Augenverletzungenbeim Schlackeklopfen.Elektrische Gefährdung tritt beim Licht-bogenschweißen hauptsächlich durch dieLeerlaufspannung auf, weil dies die

höchste Spannung ist, die bei einge-schalteter Stromquelle zwischen den bei-den Polen anliegt, wenn nicht geschweißtwird. Die beim Schweißen selbst anste-hende Lichtbogenspannung ist dagegenwesentlich niedriger und zwar je nachElektrodendurchmesser und Lichtbogen-länge etwa 20-30 Volt. Die Höhe derLeerlaufspannung ist deshalb durch dieUnfallverhütungsvorschriften limitiert. Siedarf bei Gleichstrom einen Scheitelwertvon 113 Volt und bei Wechselstrom einenScheitelwert von 113 Volt und einen Ef-fektivwert von 80 Volt nicht überschreiten.Besonders groß ist die elektrische Ge-fährdung des Schweißers beim Schwei-ßen in engen und feuchten Räumen undauf und in großen Eisenmassen. Hiersind Gleichstromquellen mit einemScheitelwert von 113 Volt zulässig. BeiWechselstrom ist die Höhe der Leerlauf-spannung noch weiter eingeschränkt. Siedarf einen Scheitelwert von 68 Volt undeinen Effektivwert von 48 Volt nicht über-schreiten. Schweißstromquellen, die die-se Forderung erfüllen sind besonders ge-kennzeichnet. Neu hergestellte Gerätetragen das Zeichen „S“ (safety), bei älte-ren findet man noch die Kennzeichnung„K“ bei Gleichstromgeräten und „42 V“ beiWechselstromquellen.Der Schweißer muß sich aber auchselbst vor Berührung mit stromführendenTeilen schützen, und zwar durch gut iso-lierende Kleidung, Schuhe mit unbeschä-digten Gummisohlen und Lederhand-schuhe. Beim Arbeiten auf Metallkon-struktionen wird empfohlen zusätzlichnoch eine isolierende Matte zu benutzen.

9 Besonderheiten beim Einsatzdes Verfahrens an verschiede-nen WerkstoffenDas E-Hand-Schweißen wird heutehauptsächlich zum Schweißen von un-und niedriglegierten Stählen, also Bau-stählen, warmfesten, hochfesten undkaltzähen Stählen eingesetzt, sowie fürnichtrostende Chrom-Nickel-Stähle undNickelbasislegierungen. Ein weiteres An-wendungsgebiet für Stabelektroden istdas Auftragsschweißen.

Wan

ddic

ke (m

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(Am

-pe

re)

Bem

erku

ng

125 Wurzel170 Hotpass150 Mittellage8 4,0

130 Decklage130 Wurzel4,0 180 Hotpass190 Mittellage10

5,0 175 Decklage130 Wurzel4,0 180 Hotpass200 Mittellage12

PG V C

5,0 175 Decklage

a-M

aß (m

m)

Schw

eißp

ositi

on

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Elek

trode

ntyp

Elek

trode

ndur

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)

Stro

mst

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(Am

-pe

re)

Bem

erku

ng

2 PG RC 2,5 70 -3 3,2 130 -RR 180 -4 RR160 *) 190 -4,0

180 Wurzel5 RR 240 DecklageRR160 *) 5,0 290 -

4,0 180 Wurzel240 Decklage6

PB

RR 5,0 255 -3,2 110 Wurzel8 PF

T

B 4,0 140 Decklage

Tabelle 6 Einstellwerte für Stumpfnähte anRohren aus un- und niedriglegier-tem Stahl Werte aus [2]

Tabelle 7 Einstellwerte für Kehlnähte an un-und niedriglegiertem Stahl Werteaus [2]



17 08.02Art. Nr.: WM022400.doc

Das Schweißen von Aluminium und Alu-miniumlegierungen sowie von Kupfer undKupferlegierungen mit umhüllten Stabe-lektroden wurde dagegen fast vollständigvom Schutzgasschweißen abgelöst undwird heute nur noch als Notbehelf ange-wandt, wenn z.B. auf Baustellen dasSchutzgasschweißen mal nicht möglichsein sollte.Im Folgenden werden einige Besonder-heiten und Einsatzmöglichkeiten bei ver-schiedenen Werkstoffe besprochen.

9.1 Un- und niedriglegierte StähleBei un- und niedriglegierten Stählen wirddas E-Hand-Schweißen wegen des ge-ringen Investitionsbedarfs heute noch inkleineren, wenig schweißintensiven Be-trieben angewendet, wo sich die An-schaffung größerer mechanisierterSchweißanlagen wirtschaftlich nichtrechnet. Weiter werden Stabelektrodennoch auf Baustellen z.B. beim Schweißenim Freien eingesetzt, wo das Schutzgas-schweißen aufwendige Vorkehrungen zurAbschirmung des Windes erfordert, Bild20.In allen anderen Fällen muß das Verfah-ren heute seine Wirtschaftlichkeit bewei-sen gegenüber anderen, mechanisiertenLichtbogenschweißverfahren. Deshalbwerden, wo dies möglich ist, Hochlei-stungselektroden mit Ausbringen von160-180% eingesetzt. HochausbringendeRutilelektroden eignen sich wegen derhohen Schweißgeschwindigkeit und desguten Nahtaussehens besonders für dasSchweißen von Kehlnähten mit a-Maßenvon 3-5 mm.Im Druckbehälter- und Kesselbau erfreu-en sich basische Stabelektroden wegender ausgezeichneten Gütewerte derSchweißverbindung noch einiger Beliebt-heit, wobei die bessere Qualität der Ver-bindungen manchmal sogar in Abwägunggegenüber wirtschaftlichen Aspekten denAusschlag gibt.Hochfeste Stähle, wozu allerdings auchschon der Baustahl S355 zählt, wenn erin größeren Wanddicken vorliegt (�20mm), neigen zur Rißbildung beimSchweißen, wenn drei Faktoren zusam-

men kommen, nämlich ein hoher Was-serstoffgehalt, hohe Spannungen und ei-ne schnelle Abkühlung nach demSchweißen. Solche wasserstoffinduzier-ten Risse lassen sich am sichersten ver-meiden, wenn der Wasserstoffgehalt desSchweißgutes niedrig gehalten wird (<5ml / 100 g). Da beim E-Hand-Schweißenim Gegensatz zum SchutzgasschweißenWasserstoff vor allem aus der Umhüllungangeboten wird, dürfen für solche Zwek-ke nur trockene, basische Elektrodenverwendet werden. Feucht gewordeneElektroden und solche, bei denen auchnur der Verdacht besteht, daß sie Feuch-tigkeit aufgenommen haben könnten,müssen vor dem Verschweißen rückge-trocknet werden. Als Anhalt für dasTrocknen kann eine Temperatur von 250-350°C und eine Haltezeit von 1-2 Stun-den dienen, jedoch kann dies von Fabri-kat zu Fabrikat unterschiedlich sein. Ambesten folgt man den Angaben der Her-steller.

9.2 Hochlegierte Stähle und Nickelbasis-legierungenEine relativ breite Anwendung findet dasE-Hand-Schweißen heute noch im Che-mieapparatebau beim Schweißen von

Bild 20 Einsatz der Inverter-Schweißstromquelle PICO 140 (4,6 kg/ 140 A) auf der Baustelle



18 08.02Art. Nr.: WM022400.doc

nichtrostenden CrNi-Stählen. Im Gegen-satz zu den Schutzgasschweißverfahrenwird beim E-Hand-Schweißen dieSchweißnaht beim Erkalten noch durchdie Schlacke vor der Atmosphäre ge-schützt. Die Nähte oxidieren deshalb we-niger. Die entstehenden Oxidhäute müs-sen vor Inbetriebnahme des Bauteilsdurch Bürsten, Schleifen, Strahlen oderBeizen beseitigt werden, weil sie die Kor-rosionsbeständigkeit negativ beeinflus-sen. Wegen der geringeren Oxidation derOberfläche ist weniger Aufwand zumSäubern der Nähte erforderlich. Dieskann gewisse wirtschaftliche Vorteileausgleichen, welche z.B. das MAG-Schweißen gegenüber dem E-Hand-Schweißen besitzt. Manchmal wird beimSchweißen korrosionsbeständiger Stähleauch aus Furcht vor Bindefehlern das E-Hand-Schweißen dem MAG-Schweißenvorgezogen.Da austenitische Stähle auch unter Ein-fluß von Wasserstoff nicht versprödenund nicht zur Rißbildung neigen, kommenfür diese Stähle hauptsächlich Elektrodenmit Rutilumhüllung zum Einsatz, die sichdurch ein gutes Nahtaussehen auszeich-nen. Dies gilt vor allem für Kehlnähte undfür Decklagen. Hierfür stehen auchHochleistungselektroden mit einem Aus-bringen von 160% zur Verfügung.Elektroden für hochkorrosionsbeständigeStähle und Nickelbasislegierungen wer-den dagegen meist mit basischer Um-hüllung geliefert. Dieser Umhüllungstypkann auch bei Duplexstählen notwendigwerden, die wegen ihrer Zweiphasen-struktur wieder etwas empfindlicher fürWasserstoffversprödung sind.Beim Schweißen hochlegierter Werk-stoffe müssen Überhitzungen vermiedenwerden, weil dadurch die Zähigkeit unddie Korrosionsbeständigkeit derSchweißverbindung vermindert wird undHeißrisse auftreten können. Bei dünnenWerkstücken empfiehlt es sich deshalbvon Zeit zu Zeit Abkühlungspausen ein-zulegen oder durch untergelegte Kupfer-stücke die Abkühlung zu beschleunigen.

9.3 AuftragsschweißenStabelektroden machen es möglich,durch Auflegieren über die UmhüllungHartlegierungen aufzutragen, die in Formvon Massivdrähten aus Gründen derVerformbarkeit nicht herstellbar sind, wiebeispielsweise hochchromhaltige Gußei-senlegierungen. Eine Alternative sind hierFülldrähte, die über den Kern legiert wer-den können, jedoch wird auf diesemSektor auch noch relativ viel das E-Hand-Schweißen eingesetzt.

10 Anwendung des E-Hand-SchweißensDas E-Hand-Schweißen kann im Prinzipbereits ab Wanddicken von 1,5 mm ein-gesetzt werden, jedoch stellen viele Her-steller Stabelektroden heute erst ab 2,0mm � her, weil sehr dünne Bleche jetztmeist WIG-geschweißt werden. Damit er-höht sich die untere zu schweißendeWanddicke für das E-Hand-Schweißenauf 2 mm.Der Anteil des E-Hand-Schweißens hat inden vergangenen Jahren kontinuierlichzu Gunsten des MIG/MAG-Schweißensabgenommen. Nach einer neueren Stati-stik beträgt der Anteil, gemessen an allenLichtbogenschweißverfahren, heute nochetwa 7,5% [6].Hauptanwendungsgebiete sind noch derSchiffbau, wo vornehmlich Kehlnähte ge-schweißt werden und der Stahlbau, woStabelektroden hauptsächlich auf Bau-stellen eingesetzt werden. Über die Vor-teile des E-Hand-Schweißens im Kessel-,Apparate- und Rohrleitungsbau wurdebereits in den vorausgegangenen Ab-schnitten einiges ausgesagt. Ein weiteresAnwendungsfeld liegt in Instandset-zungsbetrieben, und zwar sowohl beiVerbindungs- als auch bei Auftrags-schweißungen.

10.1 AnwendungsbeispieleStellvertretend für viele andere Anwen-dungsgebiete werden nachstehend typi-sche Einsatzmöglichkeiten des E-Hand-Schweißens an zwei Beispielen aufge-zeigt.



19 08.02Art. Nr.: WM022400.doc

Bild 21 zeit eine Anwendung aus demBehälterbau.An einem durch maschinelles Schweißenhergestellten Behälter sind noch Anbau-teile anzuschweißen. Hierzu bietet sichdas E-Hand-Schweißen an. Der Einsatzeines Leichtgewichtsinverters als Strom-quelle erweist sich hierbei als besonderszweckmäßig. Es kann auf lange und da-mit auch dicke und wenig flexibleSchweißleitungen verzichtet werden, weilder Inverter auf oder nahe an das Werk-stück heran mitgenommen werden kann.Das zweite Beispiel (Bild 22) zeigt eineAnwendung des E-Hand-Schweißens imGeländerbau.

Viele Schlossereien oder kleine Stahl-baubetriebe stellen Gitter, Balkone oderGeländer her, die in der Werkstatt vor-gefertigt und auf Baustellen eingebautwerden. Hierbei kommen viele kurzeSchweißnähte vor, für die sich das E-Hand-Schweißen hervorragend eignet.

Bild 21 Anwendung des E-Hand-Schweißens im Behälterbau

Bild 22 Anwendung des E-Hand-Schweißens beim Geländerbau



20 08.02Art. Nr.: WM022400.doc

11 Schrifttum[1] Killing, R.: Kompendium Schweiß-technik Band 1 – Verfahren derSchweißtechnik FachbuchreiheSchweißtechnik Band 128/1, DVS-VerlagDüsseldorf 1997[2] Killing, R.: Handbuch der Lichtbogen-schweißverfahren Band 1 – Lichtbogen-schweißverfahren, FachbuchreiheSchweißtechnik Band 76/I, DVS-VerlagDüsseldorf 1999.[3] Killing, R. und H. Lorenz: Schweißge-räte für das Lichtnetz – Schein und Wirk-lichkeit Metallbau H. 3/2000, S. 62-64.[4] Susa, F. und R. Killing: Moderne Mul-tifunktionsanlagen – Eigenschaften undAnwendung DVS-Jahrbuch Schweiß-technik 2002, S. 158-164, DVS-VerlagDüsseldorf 2001[5] G. Aichele: Leistungskennwerte fürSchweißen und Schneiden, Fachbuchrei-he Schweißtechnik Band 72, DVS-VerlagDüsseldorf 1994.[6] Killing, R.: Metallschutzgasschweißenhat weiter zugenommen – Anwendungs-umfang der Schmelzschweißverfahren,Praktiker H. 11/2001, S. 435-436.

12 ImpressumDie WIG-Fibel, 1. Ausgabe 2002Aus der Schriftenreihe EWM-Wissen –rund ums SchweissenAlle Rechte vorbehalten.Nachdruck, auch auszugsweise, verbo-ten. Kein Teil dieser Broschüre darf ohneschriftliche Einwilligung von EWM in ir-gendeiner Form (Fotokopie, Mikrofilmoder ein anderes Verfahren), reproduziertoder unter Verwendung elektronischerSysteme verarbeitet, vervielfältigt oderverbreitet werden.© EWM HIGHTEC WELDING GmbHDr.-Günter-Henle-Str. 8D-56271 MündersbachFon: +49(0)2680.181-121Fax: +49(0)2680.181-161mailto:[email protected]://www.ewm.deSatz:EWM HIGHTEC WELDING GmbH, Mün-dersbachDruck:Müller Digitaldruck GmbH, Montabaur

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EWM- SCHWEISSLEXIKON€¦ · EWM,europaweit einer der führenden Hersteller von HIGHTEC-Schweissgeräten, bietet die ganze Welt des Schweissens. Unsere umfassende Produktpalette deckt